La température et la durée de synthèse

Il s'agit de deux paramètres étroitement liés, en effet la température détermine la vitesse de cristallisation, et la durée de synthèse doit donc souvent être adaptée en conséquence. Il ne faut pas toutefois dépasser certaines limites, car des températures trop élevées risquent d'entraîner la dégradation des molécules organiques structurantes et/ou provoquer la formation de phases denses ou amorphes. La pureté des matériaux obtenus peut également être liée à la température et la durée de synthèse. En effet, les zéolithes étant des phases métastables, une durée de cristallisation trop courte associée à une température basse peut entraîner une transformation partielle des gels réactionnels et ainsi causer l'apparition d'une phase en partie amorphe. A contrario, une durée de synthèse trop longue favorise la formation de phases thermodynamiquement plus stables non désirées telles que le quartz.

Chapitre I Matériaux microporeux

successivement en sodalite (SOD) puis en quartz lorsque la durée de synthèse augmente [60]

Figure 1.15: Représentation schématique de la loi d'Ostwald ; cas de la zéolithe A (LTA) [60].

Le premier produit formé est la zéolithe A. Avec une durée de réaction plus longue elle se transforme en sodalite (SOD) puis en phase dense.

1.10.4.4. Mûrssement du gel

Le mûrissement du gel joue un rôle très important dans la synthèse de zéolithes en favorisant la formation des premiers nucléi. Parfois, il est nécessaire de laisser "mûrir" le mélange réactionnel avant de le porter à sa température de cristallisation. Cette opération consiste à laisser reposer le gel pendant une certaine durée à une température proche de la température ambiante. D’après Breck, lors de cette période, se produit une réorganisation chimique et structurale qui touche à la fois la phase solide et la phase liquide du gel [61].

Chapitre I Matériaux microporeux

Conclusion

Dans ce chapitre ont été présentées les différents types des phylosilicates et leurs utilisations, les structures de la magadiite et de zéolithe.

En examinant la littérature, on constate que bien des études sur les réactions d’échange cationique et d'intercalation ont été effectuées sur différents composés. On peut constater également que l’utilisation des polysilicates lamellaires sont relativement peu couteuses, plus efficace et qui respecte l’environnement

Eau et environnement

Chapitre II Eau et environnement

2.1. Introduction

Bien que ce fait soit largement reconnu, la pollution des ressources en eau est un phénomène courant. En particulier, Il y a beaucoup de sources de pollution de l'eau, mais il existe deux grandes catégories générales : les sources de contaminants directs et indirects. Les sources directes comprennent les effluents des industries, les contaminants des raffineries. Les polluants inorganiques de l'eau comprennent les métaux, les engrais et l'acidité causée par les rejets industriels, etc. Les métaux sont largement utilisés dans plusieurs industries, notamment l'extraction minière, la métallurgie. La présence d'ions métalliques dans les effluents industriels finaux est extrêmement indésirable, car ils sont toxiques pour les organismes inférieurs et supérieurs. Dans certaines conditions environnementales, les métaux peuvent s'accumuler à des niveaux toxiques et causer des dommages écologiques. Parmi les métaux importants, le mercure, le plomb, le cadmium et le chrome (VI) sont considérés comme toxiques ; tandis que d'autres, tels que le cuivre, le nickel, le cobalt et le zinc, ne sont pas aussi toxiques [62,63].

2.2. La pollution

La contamination et la pollution se rapportent toute les deux à la présence des produits chimiques dans l'environnement. La contamination se réfère à la présence d'un ou plusieurs produits chimiques à des concentrations plus hautes que la normale, mais non assez pour causer des dégâts biologiques ou écologiques [64].

Cependant le verbe Polluer est dérivé du latin polluer ; de faute ou de corruption. De ce fait le sens le plus commun est de faire quelque chose d’impropre ou nuisible pour les être suivants, en particulier par l'ajout des déchets ou des eaux usées [65].

Les polluants peuvent être également caractérisés par leur classes chimiques ou physiques, par leur utilisation, par leur source industrielle, par la forme ou ils sont susceptibles d'être présents (dans l'air, l'eau, la nourriture ou d'autres médias), par les organes qu’ils attaquent ou leur effet sur la santé, par les lois qui contrôlent leur utilisation et par leur forme de présences causant problème à l’échelle local, régional ou mondial. Tous ces systèmes de catégorisation sont valides mais aucun n'est sans défauts [66].

Chapitre II Eau et environnement

2.2.1. Types de pollution

Trois grandes familles caractérisent la pollution : A- Pollution physique :

Elle résulte de différents éléments solides entraînés par les rejets domestiques et industriels.

On distingue :

• Pollution solide : elle provient des particules solides apportées par les eaux industrielles ainsi que les eaux de ruissellement et issue des décharges de déchets à ciel ouvert [67].

• Pollution thermique : causée généralement par les eaux des circuits de refroidissement des usines, en effet tout changement de température de l’eau a des conséquences significatives sur l’équilibre écologique du milieu aquatique naturel et la survie des organismes vivants [67].

• Pollution radioactive : liée aux rejets des éléments radioactifs par les installations et les centrales nucléaires ainsi que les usines de traitement de déchets radioactifs [67].

B- Pollution chimique

Elle est due aux polluants chimiques de nature organique et minérale générés par les différentes activités anthropiques. Ce type de pollution regroupe les solvants, les métaux (Zn, Pb, Cd,..), les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les polychlorobiphényles(PCB), les produits pharmaceutiques, les pesticides, les sels, etc...[68].

C- Pollution microbiologique

Elle provient de plusieurs sources comme les rejets des hôpitaux, l’agriculture ainsi que les rejets d’eaux usées. L’eau se charge alors de microorganismes pathogènes (bactéries, virus, parasites) qui peuvent être dangereux pour l’environnement et pour la santé humaine [68].

2.3. Les métaux lourds

Les métaux lourds sont des éléments chimiques qui ont un poids spécifique (une mesure de la densité) au moins cinq fois celle de l'eau. Les métaux lourds les plus souvent impliqués dans l'empoisonnement de l'homme sont : le plomb, le mercure, l'arsenic et le cadmium. Certains métaux

Chapitre II Eau et environnement

lourds, tels que le zinc, le cuivre, le chrome, le fer et le manganèse, sont requis par le corps en petites quantités, mais ces mêmes éléments peuvent être toxiques en grande quantité [69].

2.3.1. Sources de rejet de métaux

Effluents du textile, du cuir, de la tannerie, de la galvanoplastie, de la galvanisation, des pigments et des colorants, de la métallurgie et de la peinture industries et autres opérations de traitement et de raffinage des métaux dans les petites et grandes entreprises, contient des quantités considérables d'ions métalliques toxiques. Les résidus miniers et les effluents de l'industrie des métaux non ferreux sont les principales sources de métaux lourds dans l'environnement. Plomb présent dans les matériaux à base d'essence et bien d'autres installations industrielles Opérations industrielles de chrome, y compris placage, raffinage du pétrole, cuir, tannage, préservation du bois, fabrication de textiles et transformation de la pâte. Il existe sous des formes hexavalentes et trivalentes. Unités en fer et en acier, industries de galvanoplastie et unités de galvanisation Principales applications du zinc dans la peinture, le caoutchouc, les colorants, les produits de préservation du bois, les onguents et les industries de galvanoplastie. Unités de traitement des batteries au nickel galvanisé, peinture et poudre. Cu est principalement employé dans l'industrie des produits électriques et la production de laiton. L'utilisation du cadmium augmente dans les applications industrielles telles que la galvanoplastie et la fabrication de pigments et de batteries [70].

2.3.2. Impact des métaux sur l'environnement

Selon l'angle d'intérêt et les impacts environnementaux, les métaux peuvent être divisés en quatre grands catégories : (1) métaux lourds toxiques, (2) métaux stratégiques, (3) métaux précieux et (4) radionucléides [62]. En terme de la menace environnementale, ce sont principalement les catégories 1 et 4 qui sont intéressantes pour être retirées de l'environnement. Du point de vue éco toxicologique, les métaux les plus dangereux sont le mercure, le plomb, le cadmium et le chrome (VI). Dans de nombreux cas, l'effet des métaux lourds sur l'homme n'est pas bien compris. Les ions métalliques dans l'environnement se bio accumulent et sont bio amplifiés le long de la chaîne alimentaire. Par conséquent, leur effet toxique est plus prononcée chez les animaux à des niveaux trophiques supérieurs. Parmi les métaux lourds couramment utilisés, Cr (III), Cu, Zn, Ni et sont comparativement moins toxique que Fe et Al. L'Agence de protection de l'environnement (EPA)

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Des quotients de danger cibles (THQ) ont été élaborés par l'environnemental Protection Agency (EPA) aux États-Unis pour estimer les risques potentiels pour la santé associée à une exposition à long terme aux produits chimiques polluants. Le THQ est un rapport entre la concentration mesurée et la dose de référence orale, pondéré par la durée et la fréquence d'exposition, la quantité ingérée et le poids corporel. La valeur THQ est un indice de risque sans dimension associé à une exposition à long terme aux produits chimiques basé sur des limites de sécurité supérieures de référence. Un nombre limité d'enquêtes sur le THQ ont été signalées dans les denrées alimentaires, l'accent étant mis sur l'estimation des risques pour la santé associée à l'exposition aux métaux lourds présents dans les fruits de mer et, dans un cas, le lait maternel. Les calculs des valeurs de THQ pour les fruits de mer sont pertinents, car de nombreuses espèces accumulent des métaux lourds et d'autres polluants dans leurs tissus. Bon nombre des valeurs de THQ déclarées calculées à partir des contaminants métalliques dans les fruits de mer vont d'un niveau sûr (<1) à un niveau préoccupant (généralement THQ> 1 à <5), un petit nombre étant supérieur à 10. Il convient de noter que les valeurs de THQ sont additives, et non multiplicatives, donc une valeur de THQ de 20 est plus grande mais pas dix fois supérieure à un THQ = 2. En plus de leur rôle dans la santé et la maladie, les ions métalliques alimentaires ont été au centre des discussions sur le mécanisme du vieillissement. Les ions métalliques actifs redox tels que Cu (I) / (II) et Fe (II) / (III) sont particulièrement impliqués dans la théorie des radicaux libres du vieillissement car ils sont crédités de l'augmentation du stress oxydatif. Cependant, au-delà des radicaux, les ions métalliques peuvent perturber le fonctionnement normal des cellules et des tissus par de multiples voies, y compris les interactions avec les protéines et d'autres biomolécules et la perturbation des potentiels membrane [72].

2.3.3. Impact des métaux sur la santé

Les polluants de l'eau peuvent avoir beaucoup d'effets différents, tout dépend du polluant et de l'organisme considère. Voici quelques exemples d'effets que peut avoir un polluant.

 Genotoxicite

On sait que beaucoup de compose qui pénètrent dans les organismes causent des dommages à l'ADN. Ces composes sont appelés genotoxines.

En général lorsque l'ADN est endommage un système naturel de réparation le remet dans son état normal, mais quand ce système ne marche pas pour une quelconque raison, les cellules avec l'ADN

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En dommage peuvent se diviser. Il y a alors production de cellules mutantes et le défaut peut se diffuser, de ce fait la descendance de l'organisme peut avoir de sérieux défauts qui sont souvent néfastes pour sa santé.

Les HPA, l'aflatoxine et le chlorure de vinyle sont des exemples de genotoxines. Pour toutes ces genotoxines, ce n'est pas le compose originel qui réagit avec l'ADN, ce sont en général des produits hautement réactifs a durée de vie courte produits lors de réaction entre le compose original et des enzymes [73].

 Cancerogenicite

Plusieurs polluants sont carcinogenes, ce qui signifie qu'ils peuvent entrainer un cancer chez l'être humain et les animaux. Les polluants carcinogenes sont des polluants qui jouent un rôle dans une ou plusieurs étapes du développement du cancer dans l'organisme.

Les polluants peuvent être le déclencheur, c'est à dire qu'ils introduisent des propriétés pouvant provoquer un cancer dans la cellule. Ils peuvent aussi être des promoteurs, ce qui signifie qu'ils peuvent promouvoir la croissance des cellules qui peuvent développer des cancers. Enfin, ils peuvent stimuler la division non contrôlée et la diffusion des cellules cancéreuses. Si l'un de ces éléments manque le cancer ne peut se développer.

Quand les cellules cancéreuses sont malignes, elles peuvent se diffuser à travers le corps humain rapidement, entrainant des effets négatifs sur les cellules saines et le mécanisme immunitaire. Elles détruisent les cellules normales du corps et entraine des cancers dans les organes [73].

 Neurotoxicite

Le système nerveux des organismes est très sensible aux effets toxiques des produits chimiques, qu'ils soient naturels ou synthétiques. Les produits chimiques qui ont des effets neurologiques sont appelés des neurotoxines. Par exemple les insecticides sont de dangereuses neurotoxines.

Les neurotoxines perturbent toutent d'une façon ou d'une autre la transmission des impulsions le long des nerfs ou à travers les synapses.

Les conséquences de la neurotoxique sont multiples. Il peut s'agir de tremblements musculaires, de convulsions, d'un mauvais fonctionnement des nerfs et des transmissions, de vertiges ou de dépression ou même un mauvais fonctionnement complet de certaines parties du corps. La neurotoxique peut être sérieuse au point de bloquer les synapses. Le blocage des synapses entraine

Chapitre II Eau et environnement

Perturbation des transferts d’émerger Dans l'organisme la transformation d'énergie se fait dans les cellules au niveau des mitochondries. Dans ces mitochondries il y a production de molécules d'ATP, qui transportent l'énergie à travers tout le corps de l'organisme. Quand la Production d'ATP est perturbée les transferts d'énergie cessent, ce qui a pour conséquence de fatiguer l'organisme, celui-ci est inanimé et est incapable de fonctionner normalement [73].

2.3.4. Toxicité

La dispersion de composés organiques du type aromatique et plus précisément celles des dérivés phénoliques, les colorants, les pesticides et même les polluants médicamenteux dans les eaux ont un impact important sur la faune et la flore. Ces substances généralement bio récalcitrantes et /ou toxiques peuvent entraîner une contamination chez les êtres vivants [74]. Certains de ces composés sont reconnus pour causer des effets cancérigènes et mutagènes, ou peuvent interférer avec le système hormonal des êtres vivants (perturbateurs endocriniens) [75]. La toxicité de ces produits sur des organismes aquatiques (poisson, algue, etc.) ainsi que sur des mammifères a été étudiée par de nombreux chercheurs. Dans ce domaine, des recherches spécifiques ont été effectuées pour connaître l'effet des colorants et des dérivés phénoliques sur l'activité des bactéries aérobies et anaérobies dans des systèmes de traitement des eaux résiduaires. Par exemple, une concentration de phénol de l’ordre de 1 ppm dans l’environnement aquatique peut déjà provoquer des effets secondaires sur le développement de certains poissons. Alors que pour une exposition de 96 h, des concentrations comprises entre 10 et 100 ppm sont considérées comme létales pour la plupart des espèces marines [76]. De même, des études faites sur divers colorants commerciaux ont démontré que ceux ayant un caractère basique sont les plus toxiques pour les algues [77-78]. Ce résultat a été confirmé par des tests de mortalité de poissons réalisés avec 3000 colorants commerciaux : les colorants basiques, et plus particulièrement ceux de la famille du triphénylméthane, sont les plus toxiques [79]. La très haute toxicité de ces produits oblige à un traitement efficace de ces eaux.

C’est d’ailleurs une des priorités environnementales de tous les pays industrialisés.

2.3.5. Les sources des métaux

La contamination métallique des sédiments a deux origines (Figure 2.1) :

• Origine naturelle : La principale source naturelle des métaux est l’altération des sols lors de la constitution du fond géochimique [80]. Dans certains cas les sols sont à l’origine riches en métaux, ce qui peut poser un véritable problème écologique.

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Il existe d’autres sources naturelles de métaux traces mais qui ont une contribution plus ou moins faible par rapport à la source géologique dont :

 L’absorption des métaux présents dans le sol et l’atmosphère par les plantes, qui peuvent être redéposés après décomposition sur la surface des sols (cycle biogéochimique sols- plantes) ;

 L’érosion et le lessivage des sols qui permettent le transfert des éléments métalliques vers la colonne d’eau ;

 Les émissions volcaniques dans l’atmosphère [81].

• Origine anthropique : Au cours de ces dernières décennies, le monde entier a connu un développement important dans les secteurs urbains, industriels et agricoles ; les différents rejets issus de ces activités ont engendré une augmentation remarquable de l’apport des métaux traces dans les sédiments, estimé actuellement dans le monde à 22 000 tonnes de cadmium, 939 000 tonnes de cuivre, 783000 tonnes de plomb et 1 350 000 tonnes de zinc [82]. Les différentes sources anthropiques responsables de ces teneurs élevées de métaux sont :

-La pollution atmosphérique qui provient essentiellement des rejets d’usine, des gaz d’échappement des véhicules, des poussières et aérosols des chauffages, etc...

- La pollution agricole, qui résulte de l’usage des produits phytosanitaires (pesticides, herbicides) destinés à protéger les cultures, et des engrais et boues de stations d’épuration dans le but de fertiliser les sols. Souvent ces produits contiennent des métaux traces comme le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le zinc (Zn)...

- La pollution industrielle concerne les rejets des différents types d’industries (chimique, agroalimentaire...), des activités de métallurgie, minières, etc... On y retrouve plus particulièrement le zinc, le plomb et le cadmium. On peut y ajouter les rejets des centrales nucléaires.

Les métaux issus des différentes activités humaines et naturels citées précédemment sont des éléments non biodégradables. Par conséquence, l’accumulation de certains entre eux comme Cd, Cr, Pb, ... dans la colonne sédimentaire cause de véritables risques pour le milieu naturel et

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Figure 2.1 : Origines des métaux traces dans le sol [84]

2.3.6. Pollution par les métaux lourds

On appelle métaux lourds les éléments métalliques naturels dont la masse volumique dépasse 5g/cm3. Ils sont présents à l’état naturel dans les roches, l’eau, l’air et le sol. Ils sont également produits par les activités humaines, notamment les activités industrielles et minières. Ces derniers peuvent être d’origine organique ou inorganique (Garnier, 2005). Certains métaux sont des oligo- éléments essentiels à l’homme, en petites quantités, comme le cuivre, le zinc, le chrome et le nickel.

Néanmoins, ils peuvent devenir toxiques à des doses plus importantes. D’autres métaux tel que le mercure, le plomb, le cadmium, l’arsenic, … peuvent être toxiques pour l’homme même à l’état de traces. Cependant, l’être humain est exposé à ces métaux par bioaccumulation, se concentrant sur les organes vitaux entraînant des pathologies aiguës ou chroniques. Ils peuvent affecter le système nerveux, les fonctions rénales, hépatiques et respiratoires [85].

2.3.7. Normes et réglementation

Selon les normes Algériennes de rejets d’effluents, les eaux usées collectées dans les réseaux urbains ou les eaux usées directement émises par les industries, ne doivent pas être rejetées dans un milieu récepteur naturel si elles ne respectent pas les normes fixées par la réglementation. Le décret exécutif n° 93-160 du 10 juillet 1993, du journal officiel de la république Algérienne, réglementant les rejets d’effluents liquides, article 2, définit un rejet d’effluents liquides industriels comme tout déversement, écoulement, jet et dépôt directe ou indirecte qui provient d’une activité

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industrielle. De plus, le décret exécutif n ° 06-141 du 19 avril 2006, section 1, article 3 fixe les valeurs de ces rejets exprimées en termes de concentration des différents paramètres regroupées dans le Tableau 2.1.

Tableau 2.1 : Valeurs limitées des paramètres de rejet d’effluents dans un milieu récepteur [86].

Paramètres Valeur limités (mg/L) Paramètres Valeur limités (mg/L)

Température 30°C Cuivre total 0,5

Phosphore total 10 Composés

organiques chlorés

Plomb total 0,5 Tensions actifs

anioniques

anioniques